JP5254706B2

JP5254706B2 - 軸受研削用治具

Info

Publication number: JP5254706B2
Application number: JP2008218950A
Authority: JP
Inventors: 祥司鈴木; 一雄小林
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP2010052087A

Description

本発明は、外輪と内輪間に複数の転動体を介挿したアンギュラ玉軸受、転がり軸受、四点接触玉軸受等の軸受(bearing)を軸受クランプフランジに固定し、この軸受の内輪の円環状平面を回転する砥石車で研削加工して平坦化する際用いる軸受研削用治具に関する。

軸受の加工方法は、数多く提案されている。例えば、外輪素材を熱処理して表面硬化を行った後に、外輪の環状両面を幅研削し、ついで、外輪の転走面をセンターレス研削し、外輪の内側シール溝を焼入鋼切削で加工する。この後、転走面を超仕上げ研磨して外輪を形成する。また、内輪素材を熱処理して表面硬化を行った後に、内輪の環状両面を幅研削し、ついで、内輪の転走面をセンターレス研削し、内輪の外側シール溝を焼入鋼切削で加工する。この後、転走面を超仕上げ研磨して内輪を形成する。内輪と外輪の転走面空間に転動体が挿入され、ついで、内輪のシール溝に環状シールを嵌めこみ外輪と内輪の隙間を塞ぐ（例えば、特許文献１参照）。

また、外径を軸受外輪外径と取代分とを加えた寸法とし、内径を軸受内輪内径から取代分を差し引いた寸法とし、幅を軸受幅と取代分とを加えた寸法とした環状素材を製作する環状素材製作工程と、前記環状素材をレーザ加工によって、複数の軌道輪素材に切断する切断工程と、切断された前記軌道輪素材のうち、一つを外輪軌道輪とし、他の一つを内輪軌道輪とし、この外輪軌道輪及び内輪軌道輪の軸方向端面に同時に両頭平面研削を施す軌道輪研削工程と、前記外輪軌道輪及び前記内輪軌道輪の軸方向端面をマグネットチャックによって着磁し、外径面、内径面および溝をワンチャックでハードターニング加工を施す旋削工程を備えていることを特徴とする軸受軌道輪の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、複数個の軌道輪が組み合わされた組合せ軸受の軌道輪を製造する方法であって、前記複数個の軌道輪を軸方向に組み合わせた際の軸方向長さより所定寸法長いリング状部材に対して各軌道輪に必要な所定の加工を施した後、加工精度の保証検査を行い、次いで、前記リング状部材を複数個のリング単体に分割すべく該リング状部材を回転させながらワイヤーカット切断加工した後、該リング単体の切断面を研削加工して内径側及び／又は外径側に周方向溝を設けて完成軌道輪を得ることを特徴とする組合せ軸受の軌道輪の製造方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

さらに又、外輪と内輪と複数の転動体とを備え、上記外輪または上記内輪は、ブレーキディスクを直接的または間接的に取り付けるブレーキディスク取付用フランジを備えている車輪用転がり軸受装置を加工する車輪用転がり軸受装置の加工方法であって、上記外輪と上記内輪と上記複数の転動体とを組み付けた後、上記ブレーキディスク取付用フランジを備えている上記外輪または上記内輪を所定位置に周方向に回転不可に取り付ける一方、上記ブレーキディスク取付用フランジを備えていない上記内輪または上記外輪に、上記ブレーキディスク取付用フランジの方に荷重をかけると共に、上記ブレーキディスク取付用フランジを備えていない上記内輪または上記外輪を回転させた状態で、上記ブレーキディスク取付用フランジのブレーキディスクが直接的または間接的に取り付けられるブレーキディスク取付面と、回転している研削装置の砥石とを接触させて、上記ブレーキディスク取付面を研削する車輪用転がり軸受装置の加工方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

軸受は、単独で使用されることもあるが、２個の軸受を組み合わせて（ＤＦ組み合わせまたは、ＤＢ組み合わせ）使用されることが多い（例えば、特許文献４参照）。

特開平６−２４６５４６号公報特開２００４−９２７２６号公報特開２００５−４８８８１号公報特開２００６−１７５５５１号公報の図３特開２００８−２０００２号公報の図１

前記特許文献５に開示される構造のＤＦ組合せ軸受２００は、精密工作機械の主軸軸受として利用される場合、機械加工寸法精度を上げるために図３に示すように、上段の玉軸受２０１の内輪環状底平面２０１ｂが下段の玉軸受２０２の内輪環状上平面２０２ａに予備荷重を懸けて上段軸受底面と下段軸受上面間の剥離力を約２００ｋｇ（プラスマイナス４０ｋｇ）としたＤＦ組合せ軸受２００としてから工作機械の主軸用軸受に使用される。

よって、前記特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載の平砥石を用いて外輪の環状平面または内輪の環状平面を両面平面研削して得られたＤＦアレンジ(Face to Face arrange)の軸受を組合せ軸受とした場合、前記外輪または内輪の環状平面の平滑度が１〜２μｍと粗く、前記剥離力（約１６０ｋｇ）に満たない。

本発明者等は、砥石車（成型砥石車も含む）を用いることにより軸受の輪の環状平面の平滑度を０．２〜０．５μｍと向上できると推測し、軸受の環状平面研削加工時に軸受の背面に十分な背圧をかけることができる軸受研削用治具を開発した。

請求項１の発明は、研削装置のベース上に設けられる軸受研削用治具（１）であって、この軸受研削用治具（１）は、円筒状治具ハウジング材（３）の頭頂部に設けた、上段ガイド環状筒（４ａ）の内径が被研削材である軸受（ｗ）の外輪（ｗ _ｏ）径より僅かに大きく、下段外輪支持環状筒（４ｂ）の内径が軸受（ｗ）の外輪径より僅かに小さい２段環状筒構造のベアリングケース（４）と、前記軸受（ｗ）が前記ベアリングケース（４）内に案内された後にこのベアリングケース（４）の上段ガイド環状筒（４ａ）の環状上平面に固定される軸受（ｗ）の外輪抑え（５）と、前記ベアリングケース（４）の下段外輪支持環状筒（４ｂ）上に案内された軸受の内輪（ｗ _ｉ）底部を加圧して固定する内輪加圧部材（１７）を取り付けたクランプフランジ（１４）と、前記クランプフランジ（１４）およびピストン（１９）を受けるリテイナープレート（２２）を加圧空気供給管（２１）に供給され、加圧室（２０）に導入する加圧空気により上下に移動させるクランプフランジ昇降手段（１４，１７，１９，２１，２２）と、中空回転軸（１２）を回転させる回転駆動手段（２５）とを備える軸受研削用治具（１）であって、前記中空回転軸（１２）の軸心と回転軸（１３）の軸心と軸受（ｗ）の軸心とクランプフランジ（１４）の軸心は、軸心を同一とすることを特徴とする、軸受研削用治具（１）を提供するものである。

請求項２の発明は、クランプフランジ昇降手段（１４，１７，１９，２１，２２）は、内輪（ｗ _ｉ）底部を加圧固定する内輪加圧部材であるリンクボール（１７）と、断面鍔付帽子状のクランプフランジ（１４）の下方に設けられたシリンダー（１１）内にスプライン軸（１３）を設け、このスプライン軸（１３）の頭部に前記リンクボール（１７）を供え、このリンクボール（１７）を前記クランプフランジ（１４）の底部凹部に間挿して当接させるとともに、前記スプライン軸（１３）の下部外周にリテイナプレート（２２）および上方開放型凹状ピストン（１９）を嵌め合わせ、このピストン（１９）の凹状空間内にコイルスプリング（１８）を内挿した前記ピストン（１９）を前記シリンダー（１１）内に設け、このピストン（１９）を受けるリテイナプレート（２２）底部と前記シリンダー（１１）の底部間に形成された加圧室（２０）に加圧空気を供給する圧空噴出口を前記シリンダー（１１）の底部に設けた加圧空気供給管（２１）を前記中空回転軸（１２）内に設け、前記加圧室（２０）に加圧空気を導入することにより前記リングボール（１７）を上方に移動させて前記クランプフランジ（１４）の底部に当てることによりこのクランプフランジの上面を内輪（ｗ _ｉ）底部に当接させる構造のクランプフランジ昇降手段であることを特徴とする、請求項１記載の軸受研削用治具（１）を提供するものである。

本発明の軸受研削用治具は、外輪と内輪間に複数の転動体を介挿した軸受の外輪と内輪間の隙間に異物侵入防止の環状ゴム輪を嵌め込み、これを
軸受研削用治具のベアリングケース内に内挿し、その後、軸受の外輪抑えをベアリングケースの上段ガイド環状筒の環状上平面に固定して被研削材である軸受の上方飛び出しを防ぐ。ついで、シリンダーの内側底部に臨んだ圧空供給管より圧空をシリンダー内に吹き込むことによりスプライン軸に外周に固定されたピストンを上昇させてクランプフランジに固定した内輪加圧部材を被研削材である軸受の内輪底部に当接させて被研削材である軸受の内輪底部と外輪上部をこの内輪加圧部材と前記軸受の外輪抑えで挟持して固定したのち、回転軸を回転させることにより被研削材である軸受を水平方向に回転させつつ、外輪の円環状平面と内輪の円環状平面に回転する砥石車の周面を切り込ませる研削加工を行って軸受の外輪と内輪を平坦化することができる。従来の平砥石による研削加工より、本発明の治具を用い、砥石車により研削加工する方法は、より平滑度の優れた研削平面を与える。

また、本発明の軸受研削用治具は、内輪加圧部材を搭載するクランプフランジがリンクボールを介してスプライン軸に載置されているので、クランプフランジはリンクボールの頭頂部で前後左右に微動可能であり、内輪加圧部材の上表面が被研削材である軸受の内輪底部に平行に当接するのを容易にしている。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図１は軸受研削用治具の断面図であり、スプライン軸１０については、断面を示す破断線を描いていない。図２は図１においてＡ矢方向から見た軸受の外輪抑えと内輪加圧部材の平面図、および、図３は組合せ軸受（ＤＦ）の断面図である。

図１に示す軸受研削用治具１において、この軸受研削用治具１は、研削装置のベース上に設けられる。２は防水カバーで空気軸受９に研削液が付着するのを防ぐ。中空回転軸１２は回転テーブル７を軸承し、回転テーブル７はカバーフランジ７ａ，７ｂで囲綾されている。この回転テーブル７上に設けられた治具ベース３ａを含む円筒状治具ハウジング材３の頭頂部に被研削材である軸受ｗを内側に案内する２段環状筒構造のベアリングケース４が設けられている。軸受ｗの外径が１２４ｍｍ、内径が７０ｍｍ、外輪ｗ_ｏの高さが２３．９５ｍｍ、内輪ｗ_ｉの高さが２４．００ｍｍのであるとき、このベアリングケース４の環状上段４ａの寸法は、例えば、内径が１２５ｍｍ、外径が１８８ｍｍ、高さ２０ｍｍ、環状下段４ｂの寸法は、例えば、内径が１１０ｍｍ、外径が１３８ｍｍ、高さ８ｍｍである。環状下段４ｂの底部は軸受の外輪ｗ_ｏ底部の略半分を受ける。

このベアリングケース４の上段ガイド環状筒４ａの環状上平面に、研削加工前に軸受の外輪抑え５が１２本のボルト６により固定される。軸受の外輪抑え５は、外径１８８ｍｍで、内径は、上側１３５ｍｍ、中央部および下側１１０ｍｍであり、内側に向かう傾斜部を有する。

このベアリングケース４と治具ベース３ａを含む円筒状治具ハウジング材３と中空回転軸１２に軸承される回転テーブル７とで囲まれる空間１０内に、前記中空回転軸１２と軸心を同じくするスプライン軸１３を内蔵するシリンダー１１，１１ａと断面鍔付帽子状クランプフランジ１４を設ける。このクランプフランジ１４は前記シリンダー１１ａの上方であって、前記ベアリングケース４の下段外輪支持環状筒４ｂの下方に位置し、帽子状頭部に軸受の内輪加圧部材１５がボルト１６締めされている。この軸受の内輪加圧部材１５は、前記ベアリングケース４下段外輪支持環状輪上に案内された軸受の内輪ｗ_ｉ底部に当接して前述の軸受の外輪抑え５と共同して軸受ｗを固定する。

前記断面鍔付帽子状クランプフランジ１４の下方に設けられたシリンダー１１内にクランプフランジ１４の軸心と同じ軸心を持つスプライン軸１３を設け、このスプライン軸の頭部にリンクボール１７を供え、このリンクボール１７を前記断面鍔付帽子状クランプフランジ１４の底部凹部に間挿して当接させるとともに、その下部を調整フランジ１４ａを介して前記スプライン軸１３の頭頂部に固定している。１４ｂは調整ボルト、１４ｃはナットである。

前記スプライン軸１３の下部外周に上方開放型凹状部材内の凹状空間内にコイルスプリング１８を内挿したピストン１９をリテイナプレート２２で受けて前記シリンダー１１内に上下移動可能に設け、このピストン１９底部に設けられたリテイナプレート２２底部と前記シリンダー１１の底部間に形成された加圧室２０に加圧空気を供給する圧空噴出し口２１ａを前記シリンダー１１の底部に設けたポリアミド樹脂製圧空供給管２１を前記中空回転軸１２内に設け、前記加圧室２０に圧空を導入することにより前記クランプフランジ１４を上方に移動させてこのクランプフランジ上面を覆う前記内輪加圧部材１５を被研削材の軸受の内輪ｗ_ｉ底部に当接させるクランプフランジ昇降手段（１４，１７，１９，２１，２２）を設ける。

前記リンクボール１７は、クランプフランジ１４に生じた僅かな傾動を補正し、内輪加圧部材１５の上表面が被研削材である軸受の内輪底部に平行に当接するのを容易にしている。可撓性材料よりなるダイヤフラム２８は、ピストン１９横壁とシリンダー１１内壁に緩みを持って結合されており、加圧室２０に供給された加圧空気をピストン１９上へ逃がさない役目をなす。また、加圧室２０に導入された加圧空気により圧縮されたコイルスプリング１８の付勢力は、リンクボール１７を介して前記クランプフランジ１４底部を付勢する。加圧空気を加圧室２０より逸散させればコイルスプリング１８の付勢力は消滅し、弾性回復力によりクランプフランジ１４は僅かに下がり、軸受の内輪底部への内輪加圧部材１５の接触が開放される。

クランプフランジ１４の横壁からシリンダー１１ａの肩部に向けて保護カバー２３が垂下され、微細な粉塵がクランプフランジ１４とシリンダー１１ａとで形成される空間２４に侵入するのを防いでいる。シャフト２７は、保護カバー２３の位置を確認するのに利用される。

前記ポリアミド樹脂製中空加圧空気供給管２１は、ロータリージョイント２６を経由して中空回転軸１２ａの中空部内に挿入されている。加圧空気の圧力は、０．２〜０．５ＰＫａで十分である。

前記スプライン軸１３と軸心を同一とする前記中空回転軸１２を回転させる回転駆動手段２５（図示されていない駆動モータと歯付駆動ベルト、および、プーリー２５ａ）を備える。

次に図１に示す軸受研削用治具１を用いて軸受ｗを平面研削加工する工程を説明する。なお、図１において、砥石車１００は、仮想線で示されており、砥石軸１０１廻りに回転される。

（１）外輪ｗ_Ｏと内輪ｗ_ｉ間で形成される軌道内に複数の転動体を介挿した軸受ｗの外輪ｗ_Ｏと内輪ｗ_ｉ間の環状隙間に環状ゴムシール材を外輪ｗ_Ｏと内輪ｗ_ｉの表面より０．３〜１．０ｍｍ深さまで挿入し、研削屑が軸受の軌道内に侵入できないようにする。

（２）このシール構造の軸受ｗの研削加工面を上方に向けて軸受研削用治具１のベアリングケース４内に軸受を内挿する。

（３）軸受研削用治具１の上記ベアリングケース４上面に外輪抑え５をボルト６で固定し、中空回転軸が回転している際の軸受ｗのベアリングケース４内からの飛び出しを防止する。

（４）加圧空気供給管１２に導かれた０．３ＰＫａの圧空を加圧室２０内に導き、ピストン１９を浮上させることによりコイルスプリング１８が圧縮され調整フランジ１４ａを付勢してリンクボール１７を上昇させてクランプフランジ１４を突き上げ、クランプフランジ１４に固定されている内輪加圧部材１５を軸受の内輪ｗ_ｉ底部に当接させて軸受ｗの上下を内輪加圧部材１５と外輪抑え５とで挟持し、軸受ｗをベアリングケース４内に固定する。

（５）中空回転軸１２を回転駆動手段２５により８〜１００ｍｉｎ^−１回転数で回転させることによりベアリングケース４内に収納される軸受ｗは中空回転軸１２軸心およびスプライン軸１３軸心周りに回転される。

（６）平面研削装置の砥石軸１０１を２，０００〜３，０００ｍｉｎ^−１回転数で回転させながら下降させて回転している砥石車１００の円周外面を軸受内輪ｗ_ｉの研削加工面に当接させ、２００ｋｇの線圧で切り込みをかけ、軸受の内輪ｗ_ｉ環状平面を仕上げ研削加工する。研削取り代は、例えば、０．０１〜０．５０ｍｍ行う。

（７）軸受の内輪ｗ_ｉ環状平面仕上げ研削加工を終了した後、砥石軸１０１を上昇させて軸受ｗより砥石車１００を遠ざけ、ついで、砥石車の回転を停止させたのち、砥石車１００を待機位置まで移動する。

（８）中空回転軸１０ａの回転を停止し、ついで、加圧空気供給管１２よりの加圧空気供給を停止する。リテイナプレート２２、ピストン１９が下降し、コイルスプリング１８は弾性回復し、内輪加圧部材１５の内輪ｗ_ｉ底部付勢力が消滅する。

（９）ボルト６を外して外輪抑え５をベアリングケース４から取り去る。

（１０）平面研削加工された軸受ｗを軸受研削用治具１のベアリングケース４内より取り出す。

なお、研削加工時の砥石車１００の被研削材である軸受内輪ｗ_ｉに懸かる線圧は、研削加工された一対の軸受ｗ，ｗが積層され、圧力２００ｋｇを懸けて組合せ軸受けとされる圧力を選択するのが好ましい。

また、図１では、砥石車１００の外周面が内輪ｗ_ｉの直径方向の左右の一方の内輪に摺擦して仕上げ研削加工している状態を示しているが、別の軸受の研削加工態様として内輪ｗ_ｉと外輪ｗ_０の１／２平面に砥石車１００の外周面を摺擦して仕上げ研削加工することもある。

本発明の軸受研削用治具は、軸受の固定作業が容易であり、また、平滑度の優れた研削面を与える。

軸受研削用治具の断面図である。図１においてＡ矢視方向から見た軸受の外輪抑えと内輪加圧部材の平面図である。組合せ軸受の断面図である。

符号の説明

１軸受研削用治具３円筒状治具ハウジング材４ベアリングケース５外輪抑え６加圧室８クランプフランジ１０スプライン軸１１シリンダー１２中空回転軸１３スプライン軸１４クランプフランジ１５内輪加圧部材１７リンクボール１８コイルスプリング１９ピストン２０加圧室２１圧空供給管２５ａプーリー１００砥石車ｗ軸受（被研削材）

Claims

研削装置のベース上に設けられる軸受研削用治具（１）であって、この軸受研削用治具（１）は、円筒状治具ハウジング材（３）の頭頂部に設けた、上段ガイド環状筒（４ａ）の内径が被研削材である軸受（ｗ）の外輪（ｗ _ｏ）径より僅かに大きく、下段外輪支持環状筒（４ｂ）の内径が軸受（ｗ）の外輪径より僅かに小さい２段環状筒構造のベアリングケース（４）と、前記軸受（ｗ）が前記ベアリングケース（４）内に案内された後にこのベアリングケース（４）の上段ガイド環状筒（４ａ）の環状上平面に固定される軸受（ｗ）の外輪抑え（５）と、前記ベアリングケース（４）の下段外輪支持環状筒（４ｂ）上に案内された軸受の内輪（ｗ _ｉ）底部を加圧して固定する内輪加圧部材（１７）を取り付けたクランプフランジ（１４）と、前記クランプフランジ（１４）およびピストン（１９）を受けるリテイナープレート（２２）を加圧空気供給管（２１）に供給され、加圧室（２０）に導入する加圧空気により上下に移動させるクランプフランジ昇降手段（１４，１７，１９，２１，２２）と、中空回転軸（１２）を回転させる回転駆動手段（２５）とを備える軸受研削用治具（１）であって、前記中空回転軸（１２）の軸心と回転軸（１３）の軸心と軸受（ｗ）の軸心とクランプフランジ（１４）の軸心は、軸心を同一とすることを特徴とする、軸受研削用治具（１）。
クランプフランジ昇降手段（１４，１７，１９，２１，２２）は、内輪（ｗ _ｉ）底部を加圧固定する内輪加圧部材であるリンクボール（１７）と、断面鍔付帽子状のクランプフランジ（１４）の下方に設けられたシリンダー（１１）内にスプライン軸（１３）を設け、このスプライン軸（１３）の頭部に前記リンクボール（１７）を供え、このリンクボール（１７）を前記クランプフランジ（１４）の底部凹部に間挿して当接させるとともに、前記スプライン軸（１３）の下部外周にリテイナプレート（２２）および上方開放型凹状ピストン（１９）を嵌め合わせ、このピストン（１９）の凹状空間内にコイルスプリング（１８）を内挿した前記ピストン（１９）を前記シリンダー（１１）内に設け、このピストン（１９）を受けるリテイナプレート（２２）底部と前記シリンダー（１１）の底部間に形成された加圧室（２０）に加圧空気を供給する圧空噴出口を前記シリンダー（１１）の底部に設けた加圧空気供給管（２１）を前記中空回転軸（１２）内に設け、前記加圧室（２０）に加圧空気を導入することにより前記リングボール（１７）を上方に移動させて前記クランプフランジ（１４）の底部に当てることによりこのクランプフランジの上面を内輪（ｗ _ｉ）底部に当接させる構造のクランプフランジ昇降手段であることを特徴とする、請求項１記載の軸受研削用治具（１）。